Głośnik elektrodynamiczny to urządzenie, które zamienia sygnał elektryczny na dźwięk poprzez poruszanie cewką z prądem w polu magnetycznym magnesu trwałego. Z tych urządzeń korzystamy na co dzień. Nawet jeśli nie jesteś wielkim fanem muzyki i nie spędzasz pół dnia w słuchawkach. Telewizory, radia w samochodach, a nawet telefony są wyposażone w głośniki. Ten znany nam mechanizm to właściwie cały kompleks elementów, a jego urządzenie to prawdziwe dzieło sztuki inżynierskiej.
W tym artykule przyjrzymy się bliżej głośnikowi. Porozmawiajmy z jakich części składa się to urządzenie i jak one działają.
Historia
Dzień zaczyna się od małej dygresji do historii wynalezienia elektrodynamiki. Głośniki podobnego typu były używane już pod koniec lat 20. XX wieku. Telefon Bella działał na podobnej zasadzie. Wymagało to membrany poruszającej się w polu magnetycznym magnesu trwałego. Kolumny te miały wiele poważnych wad: zniekształcenia częstotliwości, utratę dźwięku. Aby rozwiązać problemy związane z klasycznymi głośnikami, Oliver Lorde zasugerował wykorzystanie jego pracy. Jego cewka poruszała się po liniach siły. trochępóźniej dwóch jego kolegów zaadaptowało tę technologię na rynek konsumencki i opatentowało nowy projekt elektrodynamiki, który jest nadal używany.
Głośnik
Głośnik ma dość złożoną konstrukcję i składa się z wielu elementów. Schemat głośnika (poniżej) pokazuje kluczowe części, które sprawiają, że głośnik działa prawidłowo.
Głośnik akustyczny składa się z następujących części:
- zawieszenie (lub karbowanie krawędzi);
- dyfuzor (lub membrana);
- czapka;
- cewka głosowa;
- core;
- układ magnetyczny;
- uchwyt dyfuzora;
- elastyczni potencjalni klienci.
Różne modele głośników mogą wykorzystywać różne unikalne elementy konstrukcyjne. Klasyczny głośnik wygląda dokładnie tak.
Rozważmy każdy element projektu bardziej szczegółowo.
Pofałdowanie krawędzi
Ten element jest również nazywany "kołnierzem". Jest to obrzeże z tworzywa sztucznego lub gumy, które opisuje mechanizm elektrodynamiczny na całym obszarze. Czasami jako główny materiał stosuje się naturalne tkaniny ze specjalną powłoką tłumiącą drgania. Falistości dzieli nie tylko rodzaj materiału, z którego są wykonane, ale także kształt. Najpopularniejszym podtypem są profile półtoroidalne.
Istnieje szereg wymagań dotyczących „obroży”, których przestrzeganie wskazuje na jej wysoką jakość. Pierwszym wymogiem jest duża elastyczność. Częstotliwość rezonansowa pofałdowaniapowinien być niski. Drugim wymaganiem jest, aby pofałdowanie było dobrze umocowane i zapewniało tylko jeden rodzaj oscylacji - równoległy. Trzecim wymogiem jest niezawodność. „Kołnierz” musi odpowiednio reagować na zmiany temperatury i „normalne” zużycie, zachowując swój kształt przez długi czas.
Aby osiągnąć najlepszą równowagę dźwięku, gumowe pofałdowania są używane w głośnikach o niskiej częstotliwości, a papierowe w głośnikach o wysokiej częstotliwości.
Dyfuzor
Głównym obiektem promieniującym w elektrodynamice jest dyfuzor. Stożek głośnika jest rodzajem tłoka, który porusza się w linii prostej w górę iw dół i utrzymuje charakterystykę amplitudowo-częstotliwościową (zwaną dalej charakterystyką częstotliwościową) w postaci liniowej. Wraz ze wzrostem częstotliwości drgań dyfuzor zaczyna się wyginać. Z tego powodu pojawiają się tak zwane fale stojące, które z kolei prowadzą do spadków i wzrostów na wykresie odpowiedzi częstotliwościowej. Aby zminimalizować ten efekt, projektanci stosują sztywniejsze dyfuzory wykonane z materiałów o mniejszej gęstości. Jeśli rozmiar głośnika wynosi 12 cali, zakres częstotliwości w nim będzie się wahał w granicach 1 kHz dla niskich częstotliwości, 3 kHz dla średnich i 16 kHz dla wysokich częstotliwości.
- Dyfuzory mogą być sztywne. Wykonane są z ceramiki lub aluminium. Takie produkty zapewniają najniższy poziom zniekształceń dźwięku. Głośniki ze sztywnymi stożkami są znacznie droższe niż ich odpowiedniki.
- Miękkie klosze wykonane są z polipropylenu. Takie próbki zapewniają najdelikatniejszy i najcieplejszy dźwięk dzięki pochłanianiu fal przez miękki materiał.
- Dyfuzory półsztywne to kompromis. Wykonane są z kevlaru lub włókna szklanego. Zniekształcenie wywołane przez taki stożek jest większe niż w przypadku twardych, ale mniejsze niż w przypadku miękkich.
Czapka
Nasadka to syntetyczna lub materiałowa powłoka, której główną funkcją jest ochrona głośników przed kurzem. Ponadto nasadka odgrywa ważną rolę w tworzeniu określonego dźwięku. W szczególności podczas odtwarzania średnich częstotliwości. W celu jak najsztywniejszego mocowania zaślepki są zaokrąglone, dając im lekkie wygięcie. Jak zapewne już zrozumiałeś, różnorodność materiałów jest taka sama, aby uzyskać określony dźwięk. Stosowane są tkaniny o różnych impregnacjach, folie, kompozycje celulozowe, a nawet siatki metalowe. Te z kolei pełnią również funkcję grzejnika. Siatka aluminiowa lub metalowa odprowadza nadmiar ciepła z cewki.
Krążek
Czasami nazywany jest także „pająkiem”. To ciężka część znajdująca się między stożkiem głośnika a jego korpusem. Zadaniem podkładki jest utrzymanie stabilnego rezonansu głośników niskotonowych. Jest to szczególnie ważne w przypadku nagłych zmian temperatury w pomieszczeniu. Podkładka ustala położenie cewki i całego układu ruchomego, a także zamyka szczelinę magnetyczną, zapobiegając przedostawaniu się do niej kurzu. Klasyczne podkładki to okrągły krążek falisty. Bardziej nowoczesne opcje wyglądają nieco inaczej. Niektórzy producenci celowo zmieniają kształt pofałdowań, aby zwiększyć liniowośćczęstotliwości i stabilizują kształt krążka. Taka konstrukcja ma duży wpływ na cenę głośnika. Podkładki wykonane są z nylonu, grubego perkalu lub miedzi. Ostatnia opcja, podobnie jak w przypadku nasadki, działa jak mini grzejnik.
Cewka głosowa i system magnesów
Doszliśmy więc do elementu, który tak naprawdę odpowiada za reprodukcję dźwięku. Układ magnetyczny znajduje się w niewielkiej szczelinie obwodu magnetycznego i wraz z cewką przetwarza energię elektryczną. Sam układ magnetyczny to układ magnesu w postaci pierścienia i rdzenia. Pomiędzy nimi, w momencie odtwarzania dźwięku, porusza się cewka drgająca. Ważnym zadaniem projektantów jest wytworzenie jednolitego pola magnetycznego w układzie magnetycznym. W tym celu producenci głośników dokładnie wyrównują bieguny i wyposażają rdzeń w miedzianą końcówkę. Prąd do cewki głosowej jest dostarczany przez elastyczne przewody głośnika – zwykły przewód nawinięty na syntetyczną nitkę.
Zasada działania
Wymyśliliśmy urządzenie głośnikowe, przejdźmy do zasady działania. Zasada działania głośnika jest następująca: prąd płynący do cewki powoduje jej oscylowanie prostopadle w polu magnetycznym. System ten ciągnie za sobą dyfuzor, powodując jego drgania z częstotliwością przyłożonego prądu i wytwarza fale wyładowania. Dyfuzor zaczyna oscylować i wytwarza fale dźwiękowe, które mogą być odbierane przez ludzkie ucho. Przesyłane są jako sygnał elektryczny do wzmacniacza. Stąd pochodzi dźwięk.
Zakres częstotliwości bezpośredniozależy od grubości rdzeni magnetycznych i wielkości głośnika. Przy większym obwodzie magnetycznym zwiększa się szczelina w układzie magnetycznym, a wraz z nią zwiększa się efektywna część cewki. Dlatego kompaktowe głośniki nie radzą sobie z niskimi częstotliwościami w zakresie 16-250 Hz. Ich minimalny próg częstotliwości zaczyna się od 300 Hz, a kończy na 12 000 Hz. Dlatego głośniki trzeszczą, gdy zwiększasz głośność.
Znamionowy opór elektryczny
Przewód dostarczający prąd do cewki ma czynną i bierną rezystancję. Aby określić poziom tego ostatniego, inżynierowie mierzą go z częstotliwością 1000 Hz i do otrzymanej wartości dodają czynną rezystancję cewki głosowej. Większość głośników ma poziom impedancji 2, 4, 6 lub 8 omów. Ten parametr należy wziąć pod uwagę przy zakupie wzmacniacza. Ważne jest, aby uzgodnić poziom obciążenia pracą.
Zakres częstotliwości
Jak już zostało powiedziane powyżej, większość elektrodynamiki odtwarza tylko część częstotliwości, które osoba może dostrzec. Nie da się stworzyć uniwersalnego głośnika zdolnego do reprodukcji całego zakresu od 16 Hz do 20 kHz, dlatego częstotliwości podzielono na trzy grupy: niskie, średnie i wysokie. Następnie projektanci zaczęli tworzyć głośniki osobno dla każdej częstotliwości. Oznacza to, że głośniki niskotonowe najlepiej radzą sobie z basem. Działają w zakresie 25 Hz - 5 kiloherców. Wysokotonowe przeznaczone są do pracy z piszczącymi blatami (stąd potoczna nazwa – „tweeter”). Pracują wzakres częstotliwości 2 kiloherców - 20 kiloherców. Głośniki średniotonowe pracują w zakresie 200 Hz - 7 kiloherców. Inżynierowie wciąż próbują stworzyć wysokiej jakości głośnik pełnozakresowy. Niestety cena głośnika jest sprzeczna z jego jakością i wcale tego nie uzasadnia.
Trochę o głośnikach mobilnych
Głośniki do telefonu różnią się konstruktywnie od modeli „dla dorosłych”. Umieszczenie tak złożonego mechanizmu w mobilnej obudowie jest nierealne, więc inżynierowie zabrali się za sztuczkę i wymienili szereg elementów. Na przykład cewki zostały unieruchomione, a zamiast dyfuzora zastosowano membranę. Głośniki telefonu są zbyt uproszczone, więc nie oczekuj od nich wysokiej jakości dźwięku.
Zakres częstotliwości, jaki może pokryć taki element, jest znacznie zawężony. Pod względem brzmienia jest bliższy urządzeniom o wysokiej częstotliwości, ponieważ w obudowie telefonu nie ma dodatkowego miejsca na instalację grubych rdzeni magnetycznych.
Głośnik w telefonie komórkowym różni się nie tylko wielkością, ale także brakiem niezależności. Możliwości urządzenia są ograniczone przez oprogramowanie. Ma to na celu ochronę konstrukcji głośników. Wiele osób ręcznie usuwa ten limit, a następnie zadaje sobie pytanie: „Dlaczego głośniki charczą?”
W przeciętnym smartfonie zainstalowane są dwa takie elementy. Jedno jest mówione, drugie muzyczne. Czasami łączy się je, aby uzyskać efekt stereo. Tak czy inaczej, głębię i bogactwo dźwięku można osiągnąć tylko z pełnoprawnym systemem stereo.
